Серж Арош

Серж Арош (фр. Serge Haroche; род. 11 сентября 1944, Касабланка, Марокко) — французский физик, специалист в области квантовой оптики и квантовой электродинамики резонаторов. Лауреат Нобелевской премии по физике (2012, совместно с Дэвидом Уайнлендом) «за создание новаторских экспериментальных методов, позволяющих измерять и манипулировать отдельными квантовыми системами».

Биография

Серж Арош родился в еврейской семье в Касабланке, которая в то время находилась под протекторатом Франции. Его отец, Альбер Арош, был адвокатом, а мать, Валентина (урождённая Рубен), — домохозяйкой. После получения Марокко независимости в 1956 году семья переехала во Францию.

Арох получил среднее образование в лицее Людовика Великого в Париже. В 1963 году он поступил в Высшую нормальную школу (École Normale Supérieure, ENS). В 1967 году получил диплом преподавателя физики (agrégation). В 1971 году защитил докторскую диссертацию в Университете Пьера и Мари Кюри (ныне — Университет Сорбонна) под руководством Клода Коэн-Таннуджи, будущего нобелевского лауреата.

После защиты диссертации Арох работал в Национальном центре научных исследований Франции (CNRS). В 1975 году он начал сотрудничество с группой физиков из Стэнфордского университета (США), где совместно с Артуром Шавловым и Теодором Хэншем занимался исследованиями в области лазерной спектроскопии. В 1984 году Арох вернулся во Францию и стал профессором Университета Пьера и Мари Кюри. С 1993 по 2000 год он возглавлял кафедру квантовой физики в Коллеж де Франс, а в 2001 году был избран профессором этой кафедры.

Научная деятельность

Основные научные достижения Сержа Ароша связаны с экспериментальной квантовой оптикой, в частности с изучением взаимодействия света и вещества на уровне отдельных квантов. Он является одним из пионеров квантовой электродинамики резонаторов (Cavity Quantum Electrodynamics, CQED).

Квантовая электродинамика резонаторов

В основе метода, разработанного Арошем, лежит использование сверхпроводящих резонаторов с высокой добротностью. В таких резонаторах фотоны могут существовать в течение длительного времени (до десятков миллисекунд), что позволяет изучать их взаимодействие с атомами, проходящими через резонатор.

Ключевой эксперимент Ароша и его коллег заключался в следующем: возбуждённые атомы рубидия пропускались через резонатор, настроенный на частоту перехода между двумя уровнями атома. Взаимодействие атома с полем резонатора приводило к изменению фазы волновой функции атома, которое можно было измерить. Этот метод позволил впервые наблюдать такие фундаментальные эффекты, как:

• Декогеренция квантовых состояний: Арош экспериментально продемонстрировал, как квантовая система (атом, взаимодействующий с полем) теряет свои квантовые свойства при взаимодействии с окружением (декогеренция). Он показал, что процесс декогеренции можно контролировать, измеряя и корректируя состояние системы.
• Квантовое перепутывание: В экспериментах Ароша удавалось создавать перепутанные состояния между атомами, а также между атомами и фотонами. Это имеет прямое отношение к созданию квантовых компьютеров.
• Измерение квантового состояния без разрушения (QND-измерение): Арош разработал метод, позволяющий измерить число фотонов в резонаторе, не разрушая их квантового состояния. Это достигалось за счёт того, что атом, проходя через резонатор, менял свою фазу, но не поглощал фотон.

Нобелевская премия

В 2012 году Серж Арош и Дэвид Уайнленд (США) были удостоены Нобелевской премии по физике «за создание новаторских экспериментальных методов, позволяющих измерять и манипулировать отдельными квантовыми системами». Уайнленд получил премию за работу с ионами, захваченными в ловушку, а Арош — за эксперименты с фотонами в резонаторах. Нобелевский комитет отметил, что их работы открыли путь к созданию квантовых компьютеров и квантовой криптографии.

Основные публикации

Серж Арош является автором и соавтором более 200 научных статей. Наиболее известные работы:

• Haroche, S., & Raimond, J. M. (2006). Exploring the Quantum: Atoms, Cavities, and Photons. Oxford University Press. — монография, обобщающая исследования в области квантовой электродинамики резонаторов.
• Haroche, S. (2013). «Nobel Lecture: Controlling photons in a box and exploring the quantum to classical boundary». Reviews of Modern Physics, 85(3), 1083–1102.
• Raimond, J. M., Brune, M., & Haroche, S. (2001). «Manipulating quantum entanglement with atoms and photons in a cavity». Reviews of Modern Physics, 73(3), 565–582.

Награды и признание

Помимо Нобелевской премии, Серж Арош удостоен многочисленных наград, в том числе:

• Премия Жана Рикара (1983)
• Премия Эйнштейна по лазерной физике (1988)
• Премия Гумбольдта (1992)
• Золотая медаль Национального центра научных исследований (CNRS) (2009)
• Премия Герберта Вальтера (2010)
• Член Французской академии наук (с 1993 года)
• Иностранный член Национальной академии наук США (с 2009 года)
• Иностранный член Лондонского королевского общества (с 2010 года)

Интересные факты

• В одном из своих знаменитых экспериментов Арош использовал резонатор, в котором фотон «жил» около 0,1 секунды — это рекордное время для того времени. За это время фотон успевал совершить около 10 миллиардов колебаний.
• Арош является одним из основателей научного направления «квантовая инженерия», которое занимается созданием и контролем квантовых состояний для практических применений.
• В 2013 году он был удостоен звания Великого офицера ордена Почётного легиона.

Источники

1. Haroche, S. (2013). «Nobel Lecture: Controlling photons in a box and exploring the quantum to classical boundary». Reviews of Modern Physics, 85(3), 1083–1102.
2. Haroche, S., & Raimond, J. M. (2006). Exploring the Quantum: Atoms, Cavities, and Photons. Oxford University Press.
3. Raimond, J. M., Brune, M., & Haroche, S. (2001). «Manipulating quantum entanglement with atoms and photons in a cavity». Reviews of Modern Physics, 73(3), 565–582.
4. «The Nobel Prize in Physics 2012». Nobelprize.org. Nobel Media AB.
5. «Serge Haroche — Biographical». Nobelprize.org. Nobel Media AB.